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Keywords:

  • dynamic lag phase model;
  • transient biokinetics;
  • phenol metabolism

Abstract

The successful design of large-scale bioreactors requires the ability to predict both steady-state and dynamic operating conditions. At the same time, mathematical models should not be too complex in order to reduce experimental work required to determine kinetic parameters. A simple model which predicts the behaviour of batch and transient continuous culture operations is presented and experimentally verified. The model is based on two regions of metabolic activity: the lag phase and the active phase. Pseudomonas putida growing on phenol as a substrate in a well-mixed bioreactor was tested in three modes of operation: batch, continuous start-up and continuous step-change. The model is demonstrated to predict all the qualitative aspects of the dynamic phases of growth and is quantitatively accurate.

Pour réussir la conception de bio-réacteurs de grande échelle, il faut ětre capable de prédire les conditions opératoires en régime permanent et dynamique. En měme temps, les modèles mathématiques ne doivent pas ětre trop complexes afin de réduire le travail expérimental nécessaire pour déterminer les paramètres cinétiques. Un modèle simple prédisant le comportement de modes de cultures discontinus et transitoires continus est présenté et vérifié de manière expérimentale. Le modèle est basé sur deux régions d'activité métabolique: la phase de retard et la phase active. Pseudomonas putida croissant sur un substrat de phénol dans un bio-réacteur bien mélangé est testé dans trois modes de fonctionnement: discontinu, démarrage continu et changement en échelon continu. On démontre que le modèle prédit tous les aspects qualitatifs des phases dynamiques de croissance et qu'il est précis en termes quantitatifs.